刘承斌教授课题组:在二硫化钼光催化制氢研究取得重要进展(图文)

   日前,我实验室刘承斌教授课题组与湘潭大学裴勇教授、UCLA段镶锋教授以及乔治亚理工罗金明博士合作在化学领域顶级刊物Angew. Chem. Int. Ed. (IF = 11.709)上发表题为“Active site self-optimization by irreversible phase transition of 1T-MoS2 in photocatalytic hydrogen evolution”的研究工作。(湖南大学为第一通讯单位,我校在读博士生王龙禄为第一作者)。
   光催化析氢(HERs)领域内,二硫化钼(MoS2)显现出了一系列优良的性能,大量研究表明该材料在取代贵金属Pt做析氢催化剂方面具有巨大潜力。然而,目前MoS2在HERs中的催化机理仍然模糊,MoS2存在多种相形式,如2H、1T以及1T′。这三种相中,2H最为稳定,但催化制氢活性较差;1T稳定性虽差,但其具有优越的导电性,有研究表明1T- MoS2单分子层具备非凡的HERs活性,认为其活性位点大量分布于面内,而不是如2H一样大量分布在边缘地带。又有研究认为MoS2从2H相转变为1T相后,实现了HERs催化活性的优势转变。也有研究认为MoS2的光催化活性的提高主要是由于相、边缘和S空位的协同作用。对1T- MoS2真正的催化活性以及其HERs催化机理依旧不明确。
   该研究发现1T- MoS2在光催化HERs中发生不可逆相转变,明确了1T- MoS2催化活性增强机制。研究人员通过水热剥离在TiO2纳米纤维之上固定化的MoS2纳米片,通过调控硫缺陷和应力得到高度稳定的1T- MoS2,即使离开水溶液,超过一年时间也不发生相转变(之前报道1T- MoS2在水中稳定存在时间最长为90天,一旦从水中分离出来,立即发生2H相转变)。研究发现,1T相在光催化制氢过程中不可逆转变为活性更高的1T’相,大大增强了HERs催化活性,并证实氢原子的吸附是相转变的主要驱动力。明确1T- MoS2真正的催化活性位点来自1T’相,并提出1T- MoS2 的催化活性位点自优化机制。揭开了长期以来1T-MoS2真正催化活性位点以及HERs催化机理不明确的面纱(审稿人评价)。
   

 原文链接:Active Site Self-optimization by Irreversible Phase Transition of 1T-MoS2 in Photocatalytic Hydrogen Evolution (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201703066)
    第一作者王龙禄在二硫化钼的形貌与结构调控及其能源环境应用作了一系列出色的工作,相关研究成果发表在催化和环境领域的著名刊物Applied Catalysis B: Environmental 2016, 186, 88–96 (IF = 8.328,SCI他引14次);Applied Catalysis B: Environmental 2015, 164, 1–9 (IF = 8.328,SCI他引72次,高被引论文);(Journal of Materials Chemistry A, 2016,4(42):16524–16530(IF = 8.262)。
    博士生张书渠与王龙禄共同第一作者设计与合成出基于二硫化钼量子点的可见光催化剂,该催化体系可以有效催化降解实际废水中有机污染物并协同产氢,首次实现无需贵金属催化剂光催化降解持久性有机污染物并协同产氢,向有机废水资源化利用迈出重要一步,研究成果已被环境顶级刊物Water Research接受 (IF = 5.991)。
  以上研究得到国家自然科学基金重点项目、面上项目和湖南省杰出青年基金等资助。